收藏本站
《复旦大学》 2004年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

细胞神经网络的非线性动力学机制及应用研究

周冬明  
【摘要】:细胞神经网络(CNNs)的理论和应用研究已经成为了新的研究热点。CNNs是由许多细胞单元通过局部连接组成的网络,其中每个细胞可由线性和非线性电路构成,可用VLSI实现,进行大规模的并行计算,因此它可应用于解决图像处理问题,尤其是可应用于解决传统方法还不能很好地解决的问题,比如:计算复杂性比较大的动态轮廓线目标分割和视频光流场的运动估计问题。然而,进行视频信号处理必须使用时滞细胞神经网络(DCNNs)。 细胞神经网络的主要功能是把一个输入图像转换成一个相应的输出图像。它为了完成这个功能,它必须是一个完全稳定的网络,即所有输出轨迹必须收敛到一个稳定的平衡点。因此稳定性是细胞神经网络可靠工作的前提。 本文主要研究了细胞神经网络无时滞和有时滞的几类模型的稳定性和基于离散细胞神经网络在图像处理方面的应用。稳定性研究主要是提出了在各种情况下(无时滞,常时滞,变时滞和不同激活函数等)神经网络的Lyapunov泛函,利用Lyapunov泛函方法证明了网络能稳定收敛到唯一的平衡点,给出了网络稳定的系数充分条件,并举例说明了所提出的条件优于其它文献的条件。图像处理应用研究主要是利用离散细胞神经网络来实现GVF场和光流场,实现图像分割的目的。 具体地,本论文的主要创新点如下: 利用Lyapunov函数方法、非奇异M-矩阵和不等式a~2+b~2≥2ab对无时滞的细胞神经网络状态方程进行了全局渐近稳定性和全局指数稳定性分析,给出了模板设计的稳定性判据,所得稳定性判据不要求模板是对称模板,并且所得出的全局指数稳定性判据对神经元的激活函数没有严格限于分段线性函数,而可以使用其它形式的非线性函数,只需要激活函数满足Lipschitz条件。 构造了新的Lyapunov泛函,使用了矩阵不等式2X~TY≤X~TPX+Y~T P~(-1)Y,X,Y∈R~n为任意向量,矩阵P∈R~(n×n)为正定,研究了具有常时滞的细胞神经网络的平衡点的唯一性和全局渐近稳定性。得到了具有常时滞细胞神经网络的平衡点的唯一性和全局渐近稳定性的新的充分判据。所得稳定性的充分条件提供了一些参数来适当地弥补了反馈矩阵和时滞反馈矩阵之间所需要的平衡关系。该稳定性判据可以容易被用来设计和检验全局稳定的网络。而且,所得的稳定性条件不会受到时滞参数的影响。进行了计算机仿真实验,并与已有文献的结果作了比较, 复旦大学博士学位论文 结果表明:所得出的稳定性的充分条件改善和扩展了相关文献的结果,更有利于 细胞神经网络的模板设计。 研究了具有变时滞的细胞神经网络的稳定性。构造了新的切apunov函数,使 用不等式3ab。毛扩十驴+护(a,b,c0)和矩阵不等式Zx丁Y‘x丁Px+Y了尸一,Y, x,YoRn为任意向量,矩阵尸任Rnx”为正定,并利用推广的Halanay不等式,对 具有变时滞细胞神经网络的平衡点存在性和全局指数稳定性进行了分析。通过对 细胞神经网络的激活函数进行三种不同的假设,分别得出了3个定理,在第三个 假设中,不要求神经元的激活函数是可微的、有界的和单调递增的,对这些新的 稳定性充分判据与已有的相关文献结果进行了比较,并进行了计算机仿真,结果 表明我们的稳定性条件扩展和改善了已有的相关文献的结果。 讨论了具有一般激活函数和连续分布时滞的回归神经网络的稳定性问题。所 讨论的模型是更一般的模型,得出了全局渐近稳定性的充分判据。这样使得在神 经网络的设计中可以更灵活地使用激活函数;所得结果扩展和改善了已有文献的 结果。 针对在图像处理应用中使用离散细胞神经网络,讨论了离散细胞神经网络的 模板设计的收敛性问题。并研究了具有时滞的离散细胞神经的稳定性,得出了一 个稳定性的充分条件,即I一(}川+】川)a是一个非奇异的林矩阵,则该网络是一个 全局指数稳定的网络,式中I为单位矩阵,}川,}川表示反馈矩阵A和时滞反馈矩 阵B的绝对值,在这里细胞激活函数只需满足Lipschitz条件即可。 最后,利用本文提出的稳定性理论结果,应用到动态轮廓的图像分割和视频 光流场的运动检测的CNNS模板设计上,利用多层细胞神经网络实现GVF场,并 与扩展、细化的细胞神经网络相结合来实现动态轮廓的图像分割,解决传统串行 算法复杂性大,不能实时处理的问题,又克服了梯度场作为CNNS的外力驱动方 法的局部最小问题。在图像处理过程中,初始轮廓由外部图像的GVF信息引导, 最后收敛到所期望的目标位置。实验结果表明,该方法在不同的输入图像条件下 均获得了比Vilarin。等人提出的方法更好的分割结果。 在文献[93]提出的一种改进的光流场计算方法的基础上,设计了双层带时滞 的离散细胞神经网络来进行光流场的估计方法。并用本文的稳定性条件对以上两 个应用的细胞神经网络的稳定性作了验证。
【学位授予单位】:

知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 胡栋梁,叶芗芸,戚飞虎;数学形态滤波的细胞神经网络实现方法[J];上海交通大学学报;1997年03期
2 郭红星,严杰,冯纪先,保宗悌;细胞神经网络环境下偏微分方程的求解[J];武汉大学学报(自然科学版);1998年03期
3 赵建业,余道衡;用细胞神经网络实现盲均衡的一种新方法[J];电子与信息学报;2000年03期
4 孟蜀锴,莫玉龙;基于细胞神经网络的灰度图像负片算法[J];计算机工程;2004年02期
5 吴新余,杨涛,陈惠开;细胞神经网络在地图识别中的应用[J];南京邮电学院学报;1995年01期
6 赵建业,王庭武,余道衡;基于离散时间细胞神经网络的GSM均衡器[J];北京大学学报(自然科学版);1999年05期
7 任鲁涌,郝相升,谢学智;一种基于遗传算法的细胞神经网络模板设计算法[J];山东工程学院学报;2001年04期
8 钟守铭,黄廷祝,黄元清;具有无穷时滞的细胞神经网络的稳定性分析[J];电子学报;2001年05期
9 厉亚,孟益民,刘开宇;具变时滞细胞神经网络的指数稳定性与正周期解[J];广西师范大学学报(自然科学版);2003年02期
10 吴建设,张犁;细胞神经网络信号传播机制研究[J];四川大学学报(自然科学版);2005年03期
11 王晓梅,钟守铭,郭科;具有时滞的细胞神经网络的全局渐近稳定性分析[J];成都理工大学学报(自然科学版);2004年04期
12 闵乐泉;细胞神经网络——图像处理和复杂系统建模的有益工具[J];中国高校科技与产业化;2004年06期
13 马克力;对细胞神经网络稳定性问题的再研究[J];云南民族学院学报(自然科学版);1999年03期
14 王宏霞,何晨;细胞神经网络的动力学行为[J];物理学报;2003年10期
15 鞠磊,郑德玲,张蕾;基于差值控制细胞神经网络图像滤波器[J];北京科技大学学报;2005年03期
16 杨涛;基于细胞神经网络的地图识别方法[J];同济大学学报(自然科学版);1995年01期
17 杨育霞,王俊鹍,高金峰;三神经元CNN自治系统中周期与混沌行为的研究[J];郑州工业大学学报;1996年01期
18 张强,许进;细胞神经网络的全局指数稳定性[J];电子与信息学报;2000年03期
19 王俊生,甘强,韦钰;分形细胞神经网络用于联想记忆[J];电子学报;1997年02期
20 沈轶,张玉民,廖晓昕;随机细胞神经网络的指数稳定性[J];电子学报;2002年11期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 杜润林;刘展;姜雪洋;;细胞神经网络方法在提取油气重力异常信息中的应用[A];中国地球物理2010——中国地球物理学会第二十六届年会、中国地震学会第十三次学术大会论文集[C];2010年
2 张岧;;基于光流场的运动目标检测与跟踪[A];湖北省通信学会、武汉通信学会2009年学术年会论文集[C];2009年
3 栗国星;石秉学;;一种用于手写体数字识别的电流型CNN特征提取器[A];1999年中国神经网络与信号处理学术会议论文集[C];1999年
4 马野;;细胞神经网络无性模板改进的设计方法及仿真研究[A];2001中国控制与决策学术年会论文集[C];2001年
5 王天汉;赵建业;余道衡;;三细胞自治神经网络电路中的混沌现象研究[A];1999年中国神经网络与信号处理学术会议论文集[C];1999年
6 贺明;王新赛;路建方;赵春明;徐华亮;;基于多尺度光流的红外焦平面阵列非均匀性校正算法[A];第三届红外成像系统仿真、测试与评价技术研讨会论文集[C];2011年
7 周冬明;马克力;;具有时滞和时变输入的细胞神经网络的κ-全局指数稳定性[A];数学·物理·力学·高新技术研究进展——1998(7)卷——中国数学力学物理学高新技术交叉研究会第7届学术研讨会论文集[C];1998年
8 郑春艳;;基于光流和水平集方法的多相运动对象分割[A];图像图形技术研究与应用2009——第四届图像图形技术与应用学术会议论文集[C];2009年
9 林强;;M型超声数据信息与B型截面相光流场的研究[A];首届中国仪器仪表学会医疗仪器分会学术会议论文集[C];1993年
10 李俊;张桂林;;一种计算光流场的新方法[A];1998年中国智能自动化学术会议论文集(下册)[C];1998年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 周冬明;细胞神经网络的非线性动力学机制及应用研究[D];复旦大学;2004年
2 张建华;基于细胞神经网络的非线性时滞系统自适应控制[D];燕山大学;2011年
3 陈震;图像序列光流场计算及三维场景恢复研究[D];西北工业大学;2003年
4 李雪梅;细胞神经网络的稳定性[D];湖南大学;2002年
5 杨高波;基于内容多媒体应用的语义视频对象提取及评价[D];上海大学;2004年
6 王宏霞;混沌技术在现代保密通信中的应用研究[D];电子科技大学;2002年
7 孟蜀锴;细胞神经网络在视频运动对象分割中的应用研究[D];上海大学;2004年
8 项学智;基于彩色的微分光流估计及运动目标检测技术研究[D];哈尔滨工程大学;2008年
9 李炜;群体目标动态分析研究[D];山东大学;2011年
10 刘炳文;时滞细胞神经网络的周期解、概周期解和全局指数稳定性[D];湖南大学;2005年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 何冬冬;基于进化算法的细胞神经网络模板设计[D];华南理工大学;2012年
2 袁猛;基于变分理论的光流计算技术研究[D];南昌航空大学;2010年
3 于晶晶;光流计算中的对偶方法[D];青岛大学;2010年
4 谌红美;细胞神经网络的动力行为研究[D];中国海洋大学;2011年
5 张迎迎;几类延时细胞神经网络的全局指数稳定性[D];天津师范大学;2012年
6 谭熊;基于光流分析的无人机视频运动目标检测与跟踪[D];解放军信息工程大学;2011年
7 高洪佳;基于光流的日侧极光图像分类研究[D];西安电子科技大学;2010年
8 张钟汉;各向异性的微分光流和匹配光流算法[D];西安电子科技大学;2011年
9 许洁;辅助驾驶系统中的鲁棒光流算法[D];山东大学;2011年
10 刘莹;基于镜头内光流特性色情视频检测算法研究[D];兰州大学;2010年
中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978